6-3 操作系统内存管理机制与Python垃圾回收面试题

Posted 2021-07-21 WinvenChang

一、什么是分页机制

操作系统为了高效管理内存，减少碎片，就有了将逻辑地址和物理地址分离的内存分配管理方案
1.程序的逻辑地址划分为固定大小的页（Page)
2.物理地址划分为同样大小的帧（Frame）
3.通过页表对应逻辑地址和物理地址

如下图所示：

二、什么是分段机制？

分段是为了满足代码的一些逻辑需求
1.数据共享，数据保护，动态链接等
2.通过段表实现逻辑地址和物理地址的映射关系
3.每个段内部是连续内存分配，段和段之间是离散分配的。

如下图所示：

三、分页和分段的区别

1.页是出于内存利用率的角度提出的离散分配机制
2.段是出于用户角度，用于数据保护、数据隔离等用途的管理机制
3.页的大小是固定的，操作系统决定；段大小不确定，用户程序决定

四、什么是虚拟内存

通过把一部分暂时不用的内存信息放到硬盘上
1.局部性原理，程序运行时候只有部分必要的信息装入内存
2.内存中暂时不需要的内容放到硬盘上
3.系统似乎提供了比实际内存大得多的容量，称之为虚拟内存

五、什么是内存抖动（颠簸）

本质是频繁的页调度行为
1.频繁的页调度，进程不断产生缺页中断
2.置换一个页，又不断再次需要这个页
3.运行程序太多；页面替换策略不好。终止进程或者增加物理内存

六、Python的垃圾回收机制原理？

Python无需我们手动回收内存？它的垃圾回收是如何实现的呢？
1.引用计数为主（缺点：循环引用无法解决）
2.引入标记清除和分代回收解决引用计数的问题
3.引用计数为主+标记清除和分代回收为辅

如下图所示：

代码演示：

import sys
a = [1, 2]  # 声明 a 时，它的引用计数 1
count = sys.getrefcount(a)  # 调用函数时，a 的引用计数 增加了 1
print(count)  # 2  

# 下面是比较诡异的，暂时可以不用管，了解就行
b = 1
b_count = sys.getrefcount(b)
print(b)  # 2900  这里的数会大于 2 ，这跟python底层实现有关，python底层实现的 小整数对象池，内部可能会有很多引用 1 的对象

悲剧：引用计数无法解决循环引用问题，因为两个对象互相引用之后引用计数无法归零。

标记清除：从根对象遍历找到可达的点，可达的点全部标绿，不可达的点全部标灰，标灰的点则表示已经没有对象引用它们了，可以清除它们

分代回收：
python将对象的生命周期分为三代，分别是第 0 代，第 1代跟第2代。每一代都使用双向列表标记对象，每隔一段时间，python会对每一代对象进行标记回收。第0代没有被标记回收的会被转移到第 1代，同理，第1代也会被转移到第 2代，这就称为分代回收。

代码演示：

import gc
print(gc.get_threshhold())  # (700, 10, 10) 表示第0代的阈值，第1代的阈值和第2代的阈值